7 Июня 2019

Полимерные наночастицы в борьбе с микроорганизмами

Опубликовал А.А. Алексеенко

Борьба с вирусами не теряет своей актуальности, в то время как далеко в прошлое ушли многие ранее неизлечимые заболевания. Штаммы вирусов насчитывают широкое многообразие, постоянно мутируя, некоторые из них не позволяют открыть действенную вакцину, способную остановить тот или иной вирус. Гепатит, ВИЧ, обыкновенный грипп со множеством штаммов и другие вирусы продолжают уносить тысячи человеческих жизней. Не приходится недооценивать и патогенную микрофлору. Возбудители туберкулеза, легочных инфекций и другие уносят немалое количество человеческих жизней даже в развитых странах. Но сегодня ученые говорят о хитрости, которая позволит обмануть многие микроорганизмы в схватке за человеческие жизни.

Полимерные наночастицы выглядят также как оболочка вируса и предназначены для избирательного уничтожения различных микроорганизмов. Наибольшую проблему представляют собой те из них, которые не поддаются действию препаратов-антибиотиков (что вызывает дискуссии в фармакологической среде). Наночастицы способны бороться даже с такими бактериями, при этом не нанося ущерба человеческому организму. И главное, у микроорганизмов не останется шанса, поскольку полимерные наночастицы не вызывают устойчивости.

Антибиотики – это «вчерашний день»

Всемирная организация здравоохранения еще в 2014 году опубликовала доклад, в котором обозначилась проблема антибиотикорезистентности вирусов и бактерий. Мировая статистика показывает, что будущее не может быть за антибиотиками. Вся суть проблемы в том, что при широком разнообразии антибиотиков, механизм их действия остается более-менее неизменным. В конечном итоге, те из бактерий, которые прошли естественный отбор, вырабатывают устойчивость к препарату. Это представляет большую опасность для человечества. Поэтому стала очевидной необходимость изобрести иной способ борьбы с заболеваниями.

Антибактериальные наночастицы из аминокислотных пептидов позволили ученым добиться внедрения препарата в клетку микроорганизма с целью его полного уничтожения изнутри без возможности менять собственное ядро-мишень. Данные пептиды имеют натуральное происхождение, выделяются из остатков аминокислот различных живых существ. Указанные аминокислоты «разработаны» самой природой с целью борьбы с грибковыми заболеваниями, вирусами и паразитами.

Частично противомикробные наночастицы состоят из моделирующих пептидные соединения полимеров. Несмотря на явное преимущество данной разработки, у нее есть существенный недостаток: синтетические полимеры приводят к разрушению клеток организма (а именно, клеточных оболочек). Причиной такого «поведения» являются гидрофобные частицы, то есть, те из частиц, которые избегают контакта с жидкостью. Таким образом, ученые задались вопросом о том, как сделать наночастицы более избирательными в борьбе с микроорганизмами. И пришли к выводу, что на помощь могут прийти бактериофаги, а точнее их белки, лишенные гидрофобной особенности.

К такому заключению пришла группа ученых из Техасского технологического университета под руководством Хунцзюнь Ляна. Конечно, ученые задействовали не живых бактериофагов, а их искусственную модель.

Результатом экспериментов стала следующая разработка, состоящая из трех элементов:

  • Сфера (8 нанометров)
  • Короткий сержень (18 нанометров)
  • Длинный стержень (70 нанометров)

Впоследствии исследователям удалось создать два типа полимерных наночастиц: сферические и стержневидные, форма которых напрямую влияла на активность и направленность действия. При  этом, первая группа показала себя наиболее эффективно. Первоочередными задачами для ученых стало выявление того, насколько полимерные наночастицы эффективны в борьбе как с грамположительными, так и с грамотрицательными бактериями. Кроме того, немаловажным является факт воздействия антибиотиков будущего на кровяные тельца человека. Эффективность измерялась в количествах наночастиц, необходимых для уничтожения бактерий S. Aureus (грамположительные микроорганизмы) и P. Aerugenosa (грамотрицательные микроорганизмы).

Однако данные исследования не были первыми в своем роде, так как еще в 2000 году в США был разработан первый препарат для предупреждения отвержения организмом трансплантанта. Вещество носит название рапамун и является иммунодепрессантом. Этот препарат доставляется в организм пациента посредством наночастиц.

Микромир, несущий угрозу человечеству, будет побежден

Несмотря на то, что человечество не может существовать в постоянно стерильной среде, все же борьба с патогенной микрофлорой является настоящим прорывом в медицине. Бактерии, особенно наиболее опасные штаммы, способны уносить жизни многих людей, представляя опасность в национальных масштабах. Именно поэтому открытие пенициллина, как первого антибиотика, ознаменовало начало новой эры в фармакологии. На смену пенициллину пришли такие вещества как цефалоспорины, карбапенемы, аминогликозиды, фторхинолоны, оксазолидиноны и прочие. И на протяжение всего времени с момента открытия пенициллина и этих групп препаратов, только оксазолидинон (линезолид) и даптомацин не вызывали устойчивость к ним у микроорганизмов. Все остальные группы препаратов постепенно становились бессильными в борьбе с опасными возбудителями заболеваний.

Помимо резистентности, у антибиотиков есть другой существенный недостаток, а именно – побочные эффекты, вызываемые ими. Полимерные наночастицы призваны доставить лекарственное вещество в организм человека, при этом не нанося ему ущерба, но избирательно уничтожая целые колонии опасных микроорганизмов. Попав в кровь, нанополимеры стремятся вслед за эндогенными частицами, такими как отмершие клетки, а также чужеродными – микроорганизмами. Происходит процесс фагоцитоза, в котором участвуют макрофаги. В дальнейшем поглощенные микроорганизмы деградируют в ходе воздействия на них ферментов лизосом.

Несомненно, именно за такими препаратами и способом их транспортировки в организм будущее, и речь теперь уже идет о наномедицине.

Заболевания под прицелом наномедицины

Туберкулез, группа онкологических заболеваний, а также всевозможные воспалительные процессы, вызываемые патогенной микрофлорой, могут быть побеждены благодаря полимерным наночастицам. При этом их введение в организм может быть осуществлено не только через кровь, но и наружно, посредством применения средств для личной гигиены, которыми современные люди пользуются каждый день. Обыкновенные влажные салфетки или дезодоранты могут выступать носителями таких нанополимеров, которые, проникая через эпидермис, будут оказывать противодействие возбудителям кожных и других заболеваний. И – самое важное – при этом действующее вещество не будет накапливаться в организме, а подвергнется естественному биологическому разложению и выведению природным путем.

Помимо лечения заболеваний, полимерные наночастицы будут способствовать скорейшему заживлению ран, восстановлению кожных покровов и тому подобным процессам. Самые активные разработки в этой сфере ведутся компанией IBM Research, однако встает необходимость поставить процесс на коммерческие рельсы и сделать производство массовым. В таком случае будет осуществлен очередной прорыв в медицине и будет брошен вызов практически всем известным заболеваниям. Итак, не только покорение Космоса, но и покорение микроскопического мира, который также бесконечен, как и Вселенная, дает человечеству огромные надежды на качественное будущее.

 

Контакты института

Пн-Вс 8:00 - 19:00

undefined

Ближайшие события

Все события
Новые книги

Свежие новости

Читать все новости